JP2780832B2 - 光通信回路綱の動作方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は光ファイバ通信回路網、特にステーションか
らの単一ライン電話通信を行う光通信回路網の動作方法
に関する。

光ファイバ通信回路網の発達への１つの方法は、10以
上のラインによる多数のビジネス顧客の電話通信および
データの必要性に要点を絞られたS.大原氏による文献
（“Future evolution of British Telecom's private
circuit and circuit switched services",IEEE Colloq
uium,1986年２月）に記載されたようなFAS回路網と呼ば
れている。FASタイプの構造の基本的欠点は、各顧客か
らローカル交換機への直接的な専用のポイントからポイ
ントの光学リンクに依存していることである。これは、
２乃至５ラインしか持たない小乃至中規模のビジネス顧
客がFASタイプの回路網に接続することは経済的に不可
能であることを意味する。単一ラインの電話通信を必要
とする居住顧客には一層困難であり、現状から判断して
交換機からの１顧客当りの直接光学接続が市販され得る
とは考えられない。

大規模なビジネス顧客の他に光学系の使用を拡大する
１つの方法は、例えばW.K.Ritchie氏による雑誌（“The
British Telecom Switched star network for CATV",B
T Technology Journal,1984年９月）に記載されたよう
なケーブルテレビジョンのような電話サービスの他に新
しい広帯域サービスを提供することである。

最近の通信回路網ではほぼ完全に光ファイバで構成さ
れているトランク回路網と、銅線対で構成されているロ
ーカルアクセス回路網とを備えている。顧客端末に対し
て広帯域サービスを行うために予測されるサービス要求
に対応する容量を有する設備を顧客装置内に備えること
が望ましい。その１つのシステムとしてPONシステム
（ｐassive ｏptical ｎetworks）があり、これは単一
モード光ファイバを使用し、帯域を制限するような能動
電子装置は使用していない。PONシステムでは中央ステ
ーションである１つのヘッドエンド、すなわち交換機か
らの信号は光ファイバによって割当て点（分配点）DPに
分配され、それから銅線対で顧客装置に送られる、この
割当て点DPは顧客装置内に配置されてもよく、或いは複
数の顧客にサービスするように街頭に配置されることも
できる。

従来のTPON（telephony over PON）では、中央ステー
ションであるヘッドエンドの交換機は回路網のアウトス
テーションとして動作する全端末に対して時分割多重フ
レームで放送を行い（下流方向）、各端末は放送フレー
ム中のデータの適切なアドレスの部分を認識してそれを
受信し、その他のフレームは受信しない。上流方向では
各端末は予め定められたタイムスロットでデータを送信
し、異なる端末からのデータは交換機において受動的に
予め定められたフォーマットの時分割多重フレームに組
立てられる。

このような回路網における重要な問題は各端末までの
距離が異なることによって生じる異なる遅延量を補償す
ることである。そのために従来は複雑な構造の電子装置
を割当て点DPに配置してこれらの補償を行っているが、
電子装置自体のコストが高価で設備費用が高くなるだけ
でなく、中央ステーションから遠隔の位置にある割当て
点に複雑な構造の電子装置を配置することは保守、電力
供給等の問題がある。さらに、顧客の増加或いは顧客の
要求するサービスの増加によってシステムを拡張する場
合に設備費が増加する欠点がある。

本発明は、割当て点に遅延の補償のための複雑な構造
の電子装置を配置する必要がなく、しかも前述のような
中央ステーションと各アウトステーションとの間の伝送
の遅延の問題を解決することのできる光通信回路網の動
作方法を提供するものである。

本発明においては、中央ステーションはアウトステー
ションへ多重化されたフレーム流信号を送信し、アウト
ステーションから中央ステーションに送られる信号は中
央ステーションにおいて時分割多重フレームとして多重
化された復帰フレーム流を形成するように組立てられ
る。そのために各アウトステーションからの信号はこの
時分割多重フレームのそのアウトステーションに割当て
られた時間に中央ステーションに到着するように各アウ
トステーションから送信される。前述のように、中央ス
テーションと各アウトステーションとの間の距離は各ア
ウトステーションによって異なっており、各アウトステ
ーションから中央ステーションに送られてくる復帰信号
はその伝送距離に応じてそれぞれ異なった遅延を受け
る。したがって各アウトステーションはそれに割当てら
れた時間に中央ステーションに到着するようにそれぞれ
の遅延量だけ前の時点で復帰信号を送信することにな
る。そのためには中央ステーションと各アウトステーシ
ョンとの間の伝送における遅延時間を知る必要があり、
この遅延量すなわち遅延時間が中央ステーションにおい
て測定される。この遅延量は中央ステーションとアウト
ステーションとの間の伝送距離に対応しているから、こ
のような遅延量を決定する処理をレンジ処理と呼んでい
る。レンジ処理は例えば中央ステーションから第１の信
号をアウトステーションに送り、アウトステーションは
その第１の信号を受信すると直ちに、或いは定められた
時間後に第２の信号を復帰信号として中央ステーション
に送る。中央ステーションは第１の信号の送出時間と第
２の信号の受信時間との時間差から伝送のために要した
遅延量を計算してその情報をアウトステーションに送
る。アウトステーションではこの情報に基づいて復帰信
号の送信のタイミングの同期設定を行う。さらに、正確
に同期設定を調整するために、新しい呼出しが開始され
るとき、各アウトステーションから同期設定されたタイ
ミングで中央ステーションに同期検査信号を送信し、中
央ステーションではそれを受信してその正確な時間との
誤差を検査し、誤差のある場合には、その誤差量の情報
をアウトステーションに送って設定されたレンジを再調
整することにより正確な初期の同期設定を行うことがで
きる。

しかしながら、各アウトステーションはその環境の変
化に応じて、例えば周囲温度の変化によって同期信号の
送信のタイミングのドリフトを生じる。したがって、最
初の同期設定を正確に設定するだけでは十分に正確な動
作を維持することが困難であることが認められた。

本発明は、前述のように割当て点に遅延の補償のため
の複雑な構造の電子装置を配置する必要がなく、各アウ
トステーションからの送信される同期信号を正確に設定
すると共に、通信動作中のドリフトを補償して安定な動
作を維持することのできる光通信回路網の動作方法を提
供することを目的としている。

この目的は、本発明の光通信回路網の動作方法によっ
て達成される。

本発明は、中央ステーションと、複数のアウトステー
ションとを有し、中央ステーションはアウトステーショ
ンへ多重化されたフレーム流信号を送信し、アウトステ
ーションは中央ステーションに復帰フレーム流として多
重化される信号を送信する光通信回路網の動作方法にお
いて、 （ａ）各アウトステーションによる送信の正確な時間を
決定するために初期レンジ処理を行い、 （ｂ）オンライン動作においてアウトステーションから
中央ステーションに通信情報を送信し、 （ｃ）前記オンライン動作中にレンジの再調整を周期的
に行い、この調整において、オンライン動作中の各アウ
トステーションは復帰フレームのそれぞれの部分におい
て同期検査信号を中央ステーションに送信し、中央ステ
ーションは各アウトステーションに対してそのアウトス
テーションの送信のタイミングのエラーを補正するため
の命令信号を送信することを特徴とする。

このように通信中のオンライン状態においても周期的
にレンジの再調整を行うことによって各アウトステーシ
ョンの正確な同期を維持して光通信回路網を安定に動作
させることが可能になる。

回路網は各交換ラインに対する128光学スプリットを2
0Mビット／秒のビット速度で動作させる。このビット速
度／スプリット結合はビジネスおよび居住の両顧客に望
ましい選択の組を提供する。したがって、128（120個の
顧客と８個の試験ポートの和）の選択された最大スプリ
ットにおいて、所望ならば、各顧客に対してISDN 144k
ビット／秒のチャンネルを供給する能力または同等の能
力が利用できる。多数ラインの顧客が主体であるビジネ
ス区域に対して、低い光学スプリットか使用され、高い
能力を１顧客ごとに提供させる。第１の例において、回
路網は20Mビット／秒の供給能力内で十分に能力を与
え、64kビット／秒ラインの付加的な数を提供するか、
或はいわゆるISDNサービスを導入することに関連して両
者を更新するための実質的なマージンを残すように設計
されている。

このような回路網において、システムは全て第１の顧
客組によって最初に要求されたスプリットの実際の程度
に関係なく、完全な128方法のスプリットに適した固定
した光学損失規準に設計されていることが好ましい。こ
れは大きい設計フレキシビリディを与え、要求の発生に
応じて付加的な顧客を回路網に接続させる。したがっ
て、128ウェイマトリクスの全段階はアウトセットで構
成され、完全な損失特性を呈するが、最少数のカップラ
だけが最初の顧客との接続を行うように設けられる。

種々のビジネスまたは居住顧客に直接ファイバ供給を
行う完全受動光学回路網である回路網が設けられるが、
本発明による光学回路網に適合し、十分に改良し得る加
入者に対するDPおよび銅線接続部に活動電子ノードが存
在するハイブリッド変形を形成するいくつかの電気リン
クに関連することができる。このようなシステムは、電
話通信サービスだけに対するコストターゲットが非常に
厳しい居住市場への初期の進出を非常に経済的にする。

本発明の別の重要な利点は回路網の進化である。この
構造は同一の受動光学回路網で新しい広帯域サービスを
伝送する分離した光学波長を付加することにより、将来
の広帯域多重サービス回路網へ進化するための機会を提
供する。これは、適切な計画を与えられた元のサービス
を中断せず、またはその費用に負担をかけることなく可
能でなければならず、最初の構成の際に設けられる。

本発明の光学回路網の素子部分は便宜上（Ｉ）光学テ
クノロジィおよび光学システム設計、（II）光学的外部
設備、（III）ビット伝送システム設計、（IV）回路網
インターフェイスおよびシステム全体の設計、ならびに
（Ｖ）回路網マネージメントおよび試験の主要な分野に
分類して以下順次論じられる。

Ｉ 光学テクロノジィおよび光学システム設計 （ａ）回路網トポロジィ トポロジィの選択は、回路網の全体的な費用を最小化
における重要な事柄である。本発明による受動光学回路
網を提供するために実行されることができるいくつかの
トポロジィ（位相幾何学）がある。最終的な選択におい
て重要なことは、設置および保守費用、提供されるサー
ビス、拡大計画および広帯域サービスへの進化の可能性
である。考慮されるそれぞれの選択に関して、最初の回
路網の費用問題はまた将来的な進化の可能性に対して注
意深く加重される必要がある。全体的な両方向動作、部
分的な両方向動作、交換機と顧客との間の分離した上流
および下流リンク、並びにDPと他の全ての任意のファイ
バ回路網における顧客との間のリンクにおける銅線の使
用が含まれる。

（ｂ）光学スプリッタテクノロジィ 光学パワースプリッタは、通常溶着ファイバカップラ
である。しかしながら、十分に現像された場合のホログ
ラフ装置のような長期間の選択は潜在的に低コストを実
現する手段を提供する。

（ｃ）顧客のレーザ送信機モジュール 顧客のレーザは、顧客の費用に影響を与える最も重要
な素子の１つである。低コストであるために必要な任意
の装置に対する詳細な動作要求は特にパッケージ設計に
おける選択、駆動および保護電子装置、並びにレーザの
信頼性（環境特性と結合された）を決定する。例えば、
冷却されないパッケージは電力消費を減少し、パッケー
ジ設計および組立てを簡単にし、全体的な送信機のコス
トを減少するために低コストの送信機モジュールとして
望ましい。しかしながら、冷却装置を除去すると周辺温
度範囲の上限でレーザ劣化速度の結果的な増加によりレ
ーザー温度が制御されなくなる。さらに、レーザとファ
イバとの間の結合の温度依存性の臨界性が著しくなる。
システムにおいて、回路網の分割損失を克服するために
高いパルスパワーが必要である。過度のピーク光学パワ
ーが回避されるべき（高い電流密度および低い信頼性と
なる）ならば、良好な結合効率の低コストパッケージが
望ましい。現在考えられている20Mビット／秒のビット
速度は低コストのCMOS VLSIの使用を可能にするが、そ
の代わりとして45乃至50Mビット／秒で動作する送信機
／受信機が設けられることができる。このような装置は
もっと高価な電子装置を使用するが、パッケージ費用が
支配的であることを考慮すると事実上全体的に安価であ
る。後者は主に予想生産量によって決定される工場投資
／オートメーションの程度によって影響される。

上記の事項はここに記載された本発明のような回路網
を構成する費用に関連し、結果的に費用の増加になる
が、もっと高価なレーザ装置が使用されることができる
ことが理解されるであろう。

顧客送信機は、本発明の出願人による英国特許第8700
069号明細書（1987年１月５日出願）に記載されている
ように低いデューティサイクルで動作することが好まし
い。さらに、レーザ出力レベルは、顧客送信機から監視
フォトダイオードを除去させるか、或はそれが検出器と
して自由に使用される本発明の出願人による英国特許第
8710736号明細書（1987年５月、第６出願）に記載され
ているように交換機による遠隔監視によって制御される
ことが好ましい。

（ｄ）顧客受信機モジュール 顧客受信機は、少ないラインを有する顧客に対する回
路網の経済的な浸透を保証するためにほとんど送信機モ
ジュールと同じ価格削減が必要であるが、これは光学パ
ワー費用したがって回路網の全体的な費用に悪影響を及
ぼすので低性能のコストでこれを得ることはできないこ
とが強調される。

（ｅ）光学遮断フィルタ 光学手段フィルタは、既存の電話通信顧客を妨害せず
に回路網の将来的向上が可能なことを保証するため好ま
しい素子である。いくつかの回路網幾何学形状の選択
（例えば完全な二重送信）に対して、それは反射から生
じる混信の問題を解決する際に役立つ。したがって、異
なる波長が上流および下流方向で使用された場合に使用
されるならば、狭帯域のフィルタが反射された光が受光
器に達する前にその反射を弁別するために使用されるこ
とができる。

種々の技術が低コストの装置を実現する可能性をもた
らす格子、干渉およびホログラフ装置と共に利用するこ
とができる。

最初の分析は、費用および動作上の難点を最小にする
ためにフィルタに最適な場所が顧客受信機内であること
を示す。選択には受信機フォトダイオードとパッケージ
テールファイバとの間への重クロム酸ゼラチン（DCG）
のスライバー、多層誘電性干渉およびフォトポリマーフ
ィルタの挿入、或はウェハ段階において多層誘電体その
他のフィルタ材料を直接受信機フォトダイオードに設け
ることを含む。フィルタを設けるその他の方法は以下に
考慮されている。

（ｆ）光学交換機 光学交換機は顧客装置ほど費用の影響は受け難いが、
動作特性要求は大きい。レーザ送信機は高い平均出力パ
ワーおよび良好に制御され厳密に限定された中心波長を
有していることが必要である。好ましくは、単一の縦方
向モードソース（例えば、DFBまたはDBRレーザ）が、光
学スペクトルの最小の幅が最初の電話通信サービスに割
当てられることだけ必要であり、したがって将来のサー
ビス拡張のためにできるだけ多くの有用なスペクトルを
保存することを保証するために使用される。受信機は等
しくない通路減衰と顧客レーザ出力パワーの許容範囲に
おける変動による不完全な距離遅延補償および隣接した
ビットにおける等しくない光学パワーのために、それら
に感応し、タイミングジッタと適合することが必要であ
る。したがって、受信機はDC結合設計であるか、或は光
学ビット流のゼロレベルに関してDC結合された決定回路
中に少なくともしきい値レベルを有していることが好ま
しい。

II 光学的外部設備 （ａ）受動回路網設計 理想的には、回路網は追加される電話通信顧客および
新しいサービス（波長）の両者に関して成長して変化で
きるように設計されている。最も好ましい形態において
完全に二重送信される分岐回路網で、設備の波長範囲お
よび反射に対する回路網の感応性は、回路網の寸法およ
び各素子への制限に大きい影響を与える重要な問題であ
る。出願人による研究によれば、反射の影響が著しく、
完全に二重送信されるファイバ回路網が上流および下流
に対して使用されない場合にはそれらの影響が考慮され
る必要があることが示されてる。設備の波長範囲は新し
いサービス波長の追加にとって重要である。パワー予算
を最適にする各素子の波長の平坦さおよび素子の全体的
な調和は本発明による回路網の設計において考慮される
必要がある。

（ｂ）素子 ここで重要な素子は波長平坦カップラアレイ、光学遮
断フィルタ、顧客装置における使用のためのコネクタお
よび全環境において大規模に使用するのに適した接合技
術である。このリスト上の最初の２つは既に上記のセク
ションＩで論じられている。その代りとして干渉（また
は別の）光学フィルタは顧客の敷地でコネクタ内に内蔵
されることができる。顧客のコネクタを回避し、“ハー
ドワイア”方法に依存する別の計画はもう１つの可能性
である。システム中に光学フィルタを内蔵する別の方法
は、例えば顧客装置またはリードイン光学ケーブルのい
ずれかにおいて接合されることが必要なファイバベース
の装置を含んでいると考えることができる。

III ビット伝送システム設計 （ａ）回路網のビット伝送システム（BTS）は最終的に
多数の異なるサービス、例えば アナログ電話通信−チャンネル外信号（64＋8kビット
／秒） アナログ電話通信−チャンネル内信号（64ビット／
秒） 基本速度ISDN−（２×64＋16kビット／秒） 初期速度ISDN−（2048kビット／秒） を伝送してインターフェイスする必要がある。

主要な最初の要求は、チャンネル外信号（64＋8kビッ
ト／秒）を有するアナログ電話通信の伝送であると考え
られるが、サービスアクセスユニットだけを変化するこ
とによって上記に述べられた全サービスを伝送すること
ができるフレームおよびチャンネル割当て構造を有する
BTSを設計することが非常に好ましい。これは、例えば
将来の新しいサービスとの適合性をとって重要である。

上記のサービス例に対して最高の共通係数ビット速度
は8kビット／秒である。この速度はまた125μｓの基本
フレーム期間に対応したスピーチサービス用のサンプリ
ング速度であるため、125μｓの基本フレーム内の各ビ
ットは8kビット／秒の基本チャンネルに対応する。顧客
サービスは、これらの8kビット／秒のチャンネルの整数
を割当てることによって提供され、例えばチャンネル外
信号を有するアナログスピーチは125μｓの基本フレー
ム内の９ビットに対応したスピーチ整数を保存するため
にそれぞれ8kビット／秒づつ配置された９つのチャンネ
ルを割当てられ、基本速度ISDNサービスは18個のこのよ
うな8kビット／秒チャンネルすなわち基本の125μｓフ
レーム内の18ビットを割当てられる。

基本フレーム内の情報チャンネルに加えて、各顧客光
学端末用の8kビット／秒の管理チャンネルもある。これ
は管理メッセージを伝送する。これは、チャンネル外信
号を有する１つのアナログ電話通信チャンネルを要求し
た顧客に合計10個の基本8kビット／秒のチャンネルが割
当てられ、対応的に基本速度ISDNの顧客が合計19個の8k
ビット／秒のチャンネルを割当てたことを意味する。

基本フレーム構造に対する別の可能性は、両方向の送
信に対して同一のフレーム構造を保持しながら、低いデ
ューティサイクルモードで顧客レーザを動作することに
よって得られるいずれの利点でも最大にするためにビッ
トインターリーブプロトコールを使用することである。
これは、特定の顧客に連続的に割当てられたビット（8k
ビット／秒チャンネル）を送信するのではなく、125μ
ｓの基本フレーム期間を通じて非常に均一に拡散される
ことを意味する。

（ｂ）自動レンジシステム 全体的な構造内において周期的に、予備時間（サービ
スデータが送信されていないとき）はレンジ（距離測
定）処理のために保存されなければならない。レンジの
ために保存される時間の量は、レンジが実行されること
ができる地理的距離を決定する。レンジが生じる周波数
は行われるビット速度オーバーヘッドを決定する。タイ
ミングおよび同期の説明を簡単にするために、レンジ期
間は基本フレーム期間（125μｓ）の整数倍であるべき
である。125μｓのフレーム期間は10kmまでの地理的距
離に対して適切な時間で測定させ、一方250μｓは20km
までの地理的距離を測定させる。ビット速度オーバーヘ
ッドをほぼ１％に減少するために、レンジに対して10ms
期間が可能である（これは、１つのレンジフレームによ
って後続される80個の基本データフレームに対応し、81
/80）のビット速度の増加となる）。

３つのレベルまたはレンジの相があることが好まし
い。

相１のレンジは、最初にシステムに接続される光学的
終端（OT）に対して発生する。この場合、交換機端末は
OTへおよびそれからの通路遅延に関する情報を持たな
い。したがって、交換機端末はこの通路遅延を測定し、
それに続いて正しいタイミングに対して開始されるべき
ローカル遅延を新たに適合されたOTに知らせるためにレ
ンジ期間を使用する。

相２のレンジは、新しい呼出しが開始されたとき、或
は光学端末がローカル電源から接続を解除された後オン
に切替えられたとき回路網に既に接続された端末に対し
て発生する。この場合、レンジプロトコールは前にOTに
割当てられた遅延期間を検査し、もし必要ならば少し訂
正を行う。レーザ寿命を最大にするために、OTは通信の
伝送しない場合には送信しない、したがってレンジはア
イドル端末に対して生じないと考えられる。

相３のレンジは自動的であり、周期的に実行され、一
方OTは通信を伝送する。交換機端末は各活動端末からの
タイミングを監視し、タイミングのいくつかがドリフト
し始めた場合、これらの端末に（管理チャンネルを使用
して）ローカル遅延に対する小規模の訂正を行うように
命令する。

レンジ機能は上流方向に各顧客のデータを同期し、異
なるライン長および回路網にわたる伝播遅延の変動を補
償する手段を提供する。自動レンジは、タイミングドリ
フトを訂正するように周期的に小規模の調節をするため
に必要である。顧客回路網の端末に予備バッテリィシス
テムを設けることは、本体故障中に電話通信サービスを
維持するために必要である。

IV 回路網インターフェイスおよびシステム全体の設計 前のセクションで論じられたBTSは、受動光学回路網
を通ってビットを伝送する手段を提供する。通信回路網
の要求全体に適合するサービスが実行されることを可能
にするために、適切なインターフェイスがBTSとデジタ
ル交換機との間、並びにBTSと顧客装置との間に必要で
ある。全体的なシステムは試験、回路網インターフェイ
ス、信頼性、回路網マミージメント、給電給等を包括す
る。

（ａ）サービス 本発明による回路網の主要なサービス要求はアナログ
電話通信であると考えられる。このようなサービスは実
効的な費用により顧客の敷地のアナログ直接交換ライン
インターフェイスと64kビット／秒のスイッチ回路網へ
のDASS22.048Mビット／秒のインターフェイスとの間で
行われなければならない。アナログ電話通信の他にも、
銅の対のローカル回路網に対して類似した方法で現在支
持されている多種のサービスがある。BTSフレーム構造
およびプロトコールは、基本速度ISDNまたはCATV信号を
伝送するのに十分にフレキシブルでなければならない。
将来の新しいサービスの追加が制限のある“電話通信専
用”設計により損なわれないことは重要な原理である。
しかしながら、最小の費用の回路網を設けることはこの
目的と矛盾し、微調整が行われる必要がある。付加的な
サービスを提供するために使用され得る方法は、ビット
速度を増加しフレーム構造を拡大することによるTDM使
用の増加、WDMの導入および付加的なファイバ設備を含
む。これらの方法は以下に説明されている。

（ｂ）回路網および顧客インターフェイス 英国の回路網に対する主要な要求は、時間スロット16
において統計的多重化された信号との2.048Mビット／秒
のDASS2の接続にわたって64kビット／秒のスイッチ回路
網に回路網をインターフェイスすることである。プロト
コール変換は、デジタル交換機で必要とされる統計的に
多重化された形態にBTSに対するチャンネル関連信号か
ら変化するために交換機端末で必要とされる。基本速度
ISDNは類似した方法、すなわちDASS2へのＩシリーズ変
換で処理される必要がある。しかしながら、将来のある
時点で64kビット／秒のスイッチ回路網は、DASS2へのＩ
シリーズ変換を回避させるＩシリーズプロトコールを処
理することができるであろう。アナログ電話通信顧客イ
ンターフェイスに対する規格はBTNR315において定めら
れているが、顧客端末でなく、交換機におけるインター
フェイスにのみ関連している。

顧客ユニットのレンジは、多数ラインのビジネス利用
者から単一ラインの居住利用者まで提供されると考えら
れる。基礎的な素子のモジュールは、動作フレキシビリ
ティを与えるいずれの顧客ユニット設計にとって基本的
である。ループ接続解除およびMF4信号は適合される。

（ｃ）ケーブル化 この分野における多数の問題は任意の回路網構造に共
通である。既存の解決方法に対する修正は交換機−キャ
ビネットおよびキャビネット−DPの結合を適切に改善す
るものである。回路網の街路多重変形はケーブルの発達
をそれ程必要としない。

（ｄ）給電 顧客敷地における回路網端末は、顧客によって設けら
れたAC主電源に依存している。これは、ローカル交換機
から電力供給する銅線対回路網に関する現状からの発展
である。

（ｅ）ハウジング 最初の目的は、モジュールフォーマットで既存のキャ
ビネット内に素子を取付けることである。

DP位置は、端末（例えば、ポール上部のまたは歩道の
ボックス中のドロップケーブル端末）を適合されるDP計
画を考慮して導かれる必要がある。同様にして、装置の
開発の前に評価を要する顧客端末の選択が行われる（家
屋内、ガレージ中等）。顧客端末に関して、物理的な保
護は、給電、予備バッテリィ等と共に明らかに表明され
る事柄である。実際に、顧客はドロップケーブルから内
部ケーブルへ変化するためのものと、家庭用電子機器、
バッテリィ等に対するものである２つのハウジングを必
要とする。

街路多重化選択の考えによると、本質的に予備のハウ
ジングが設計され、端末問題のいくつかを外部回路網に
移す。したがって、給電および環境上の項目はこの分野
に関して述べられる必要がある。

Ｖ 回路網マネージメントおよび試験 回路網マネージメントは、効果的で信頼性の高い方法
で回路網を動作し維持する手段を提供する。高度の遠隔
中央集中管理を実現するために必要な設備は、装置の状
態の監視、遠隔試験および診断、故障報告および分析、
訂正および再生処理、回路網初期化、構成およびリソー
スマネージメントを含む。

全体的な回路網保守の目的は、顧客に対して最小の費
用および損傷で故障を速く検出して修理することであ
る。理想的にはこれはサービスの小さい劣化を検出する
手段により、故障がサービスに深刻な影響を与える前に
行われるべきである。中央集中回路網管理および診断
は、故障が熟練技術者の一度の訪問で修正されるような
レベルに故障局部化の可能性を与えるべきである。

いくつかの保守機能は、居住用動作および保守センタ
ー（OMC）への交換機を介した2.048Mビット／秒のイン
ターフェイスによって通過するDASS2メッセージ内に含
まれている。しかしながら、別の機能は多数の顧客装置
の回路網管理局チャンネルからデータを収集する回路網
管理センターから管理される必要がある。

以下、添付図面を参照して本発明の特定の実施例を説
明する。

第１図は光ファイバ通信回路網の概略図である。

第２図は、完全な両方向性動作用に構成された第１図
の回路網の概略図である。

第３図は部分的な両方向性動作用に構成された回路網
の概略図である。

第４図は顧客と交換機との間の分離した下流および上
流光学通路を有する回路網の概略図である。

第５図は、顧客端末が銅線対によってDPに接続されて
いる回路網の概略図である。

第６図は第１図乃至第５図の回路網で使用するための
溶融された光学カップラアレイの概略図である。

第７図は、第１図乃至第５図の回路網と共に使用する
ためのBTSの概略的なブロック図である。

第８図は、第１図乃至第５図の回路網の顧客端末にお
いて使用される保護伝送モジュールの概略的なブロック
図である。

第９図は、第１図に示されているような回路網と共に
使用可能な多重システムの概略図である。

第10図は完全に構成された回路網をシミュレートする
実験的な構造の概略図である。

第11図は、本発明による基本的な電話通信回路網の可
能な向上過程、並びに向上させるために必要と考えられ
る関連した電話通信向上過程を示すテーブルである。

第12図乃至第14図は最初に電話通信サービスだけを伝
送する本発明による回路網の、拡大した多重サービス回
路網への可能な進化の３段階を示す。

第15図乃至第19図は第７図に示されたBTSのフレーム
構造を示す。

第20図乃至第22図は第７図に示されたBTSのヘッド端
末を示す。

第23図乃至第25図は第７図に示されたBTSの顧客端部
を示す。

第１図を参照すると、本発明が実現され得る回路網の
基本的な概念が示されている。交換機４が単一モードの
光ファイバ６によって120の顧客８に結合された光ファ
イバ通信回路網２が示されているが、明確にするために
顧客８の１つだけ図示されている。２つのレベルの光学
スプリットはキャビネットおよびDPレベルにおいて波長
平坦光学カップラ10および12によってそれぞれ使用され
る。

各顧客８はDPから光ファイバ14を受け、またこれを介
して交換機４からTDM信号放送を受信する。顧客の装置
は、目的地および任意の関連した信号チャンネルに向け
られたTDMの特定の時間スロットにアクセスする。さら
に、インターフェイス回路（示されていない）は、顧客
によって要求された細いサービス、例えばアナログ電話
通信またはISDNサービスを提供する。顧客は、低いデュ
ーティサイクルモードでOTDMAを使用し、DPおよびキャ
ビネットブランチ点で受動的にインターリーブする通信
流を集束してデジタルスピーチまたはデータを交換機に
送返す。訂正タイミングは交換機クロックに顧客の装置
を同期し、交換機受信機の空の時間スロットにアクセス
するように顧客の装置にデジタル遅延ラインを設定する
ためにレンジプロトコールを使用することによって行わ
れる。

２つの付加的な振幅しきい値は、受信された振幅の監
視および制御を行う交換機の受信機に設けられる。各顧
客の時間スロットは連続的にサンプルされ、顧客の送信
機のパワーは受信された信号が２つのしきい値間に入る
ように下流遠隔測定通路を介して調節される。この方法
の利点の１つは、各遠隔送信機にモニタダイオードを設
ける必要がないことである。

顧客の送信機は低いデューティサイクルモードで動作
するため、その費用はさらに減少されることができる。
このみモードで動作することによって、ソースの温度制
御は不要である。デューティサイクルはアクセスされて
いる時間スロット数に依存し、単一ライン顧客に対して
それらは1:128の低さであってもよい。

提案されたシステム設計計画は128ウェイ以下の光学
スプリットおよび20Mビット／秒の伝送速度であること
が好ましい。これは、ビジネスおよび居住の両顧客に対
してサービス選択の好ましいセットを提供する。120以
下の顧客（８個の予備の試験ポートを許容する）に144k
ビット／秒のISDN接続を供給するのに十分な容量が利用
できる。大量の容量を要するビジネス顧客は、システム
の最大容量まで要求に応じて多数の時間スロットにアク
セスする。

下流通信は放送であるため、システム設計には通信の
安全性を保証する手段が必要である。時間スロットへの
偶然のアクセスは顧客端末８の適切な設計によって回避
されることができる。時間スロットは、顧客の装置にお
けるデジタル遅延ラインの設定にしたがってアクセスさ
れる。この機能は交換機４によって遠隔的に制御され
る。暗号化および時間スロットのホッピングは必要に応
じて考慮されるべき別の手段である。

第２図を参照すると、第１図の光学回路網２は完全な
両方向性動作用に構成されている。反射および二重送信
カップラ損失に関する問題は、異なる上流および下流波
長で回路網を動作することによって軽減される。したが
って、1550nmで伝送される下流（交換機４から）通信お
よび1330nmで伝送される上流通信により、システムの各
端部のカップラ16は非常に低い挿入損失を有するように
設計されることができる。さらに、顧客端末受信機で遮
断光学フィルタ10を使用する（反射された光を阻止する
ために）ことにより、もちろんフィルタ機能を設ける費
用を要するが、混信問題が著しく軽減される。

完全に両方向性の回路網は、設けられるファイバ量を
最小にする利点を有するが、潜在的混信問題は別の回路
網よりも深刻であり、したがって分離した上流および下
流の波長、並びにフィルタ18が使用される。回路網は最
小の2N個のカップラ（ここでＮは顧客数であり、１顧客
当り２個のカップラである。）を使用する。混信は、回
路網内の任意の終端されていないファイバ端部から反射
された光から生じる（例えば、端部が新しい顧客へ接続
するために準備されているとき）。この完全な二重送信
位相幾何学構造の付加的な欠点は、システムの各端部で
要求されるスプリッタが別の位相幾何学構造に対してほ
ぼ６乃至7dB光路損失を増加させることである。

第３図には、第２図のカップラ16がキャビネットおよ
びDPスプリッタ中に内蔵されており、顧客８に対する後
者はスプリッタ20として示されている別の回路網が示さ
れている。これは最小の2N−１個のカップラを使用し、
完全な二重送信回路網よりも１つ少ないが、ファイバは
もっと必要である。それはまた光学スプリット寸法を増
大するために使用されることができる付加的な３−3.5d
Bの光学パワー予算を利用することができるか（したが
って、１顧客当りのファイバ量を減少する）、或はシス
テムエンジニアリング余裕を広くする。さらに反射の弁
別は異なる上流および下流波長ならびに光学フィルタを
使用することにより行なうことができる。

第４図を参照すると、物理的に分離した上流および下
流光路２および２′を有する光ファイバ通信回路網が示
されており、第２図の各等価な素子はそれぞれ同じ番号
および同じ番号にダッシュを付されている。

第４図に示された回路網は物理的に分離した上流およ
び下流光路を有し、したがって反射問題は完全に回避さ
れる。それは2N−２個のカップラを使用し、完全な二重
送信システムに要求される数より２個少ないが２倍のフ
ァイバを使用する。しかしながら、１顧客当りのファイ
バ量は、ファイバ費用オーバーヘッドがシステムの経済
的な実現性を危うくしないようにこれらの割当てられた
アクセス回路網において小さい。さらに、スプリット寸
法を４倍にし、さらに潜在的に１顧客当りのファイバ量
を減少するために原理的に使用されることができる予備
の６乃至7dBのパワー予算が利用できる。上流および下
流通路は物理的に分離しているので、２つの伝送方向に
対して異なる波長を使用する利点はない。

第２図に示された完全な二重送信回路網は最も費用に
関して実効的な方法であると考えられる。しかしなが
ら、緩和された光学パワー予算および軽減された反射問
題に関連した実際的なエンジニアリングの利点が付随す
るため、予備ファイバ費用にまさる第４図の回路網の利
点が考慮されるべきである。

第５図の回路網は、居住用電話通信市場への初期の浸
透に対する第２図の回路網に基く選択を示す。それは、
別の完全に受動の光学構造に接続された既存の銅線のド
ロップワイヤ24を利用するDPにおける能動的電子分配点
を含む。この位相幾何学構造は短期間乃至中期間利用す
ることができ、本発明による回路網全体は高街路ビジネ
ス集団に設けられ、一方銅ケーブルを除去することによ
って導管の密集を軽減するために同じルート上の居住顧
客はシステムに接続されることができる。光学技術の費
用は漸次減少するため、活動的なDPは除去され、新しい
放送サービスを普及させるために回路網全体が居住顧客
に拡大される。

第６図には、第１図乃至第５図の光学回路網おいて使
用されるような溶着されたファイバカップラの例が示さ
れている。

溶着ファイバカップラスプリッタ30は“基礎的"2×２
個のカップラ32の多段アレイから構成される。両ファイ
バ（1300nmおよび1550nm）における光学ウインドウの可
能性を保持するために、波長平坦装置が使用される。

個々の２×２波長平坦カップラは、市販品を利用する
ことができる。２×２基礎的カップラを構成する技術
は、本発明の出願人の英国特許第8519183号明細書に記
載されている。特に、結合許容比および平坦スペクトル
特性における改善は、光学パワー予算、光学スプリット
寸法およびシステムの全体的な経済性に直接関与するた
めに特に望ましい。最初の結果は、完全な光学ウインド
ウ（1275nm〜1575nm）を横切る約1dBの結合比変動を示
し、例えば上記の128ウェイスプリット目標が経済的に
実現されるならば、カップラパラメータおよびシステム
波長の注意深い選択の必要性を示唆する。

スプリット全体の最適な寸法は種々の要因によって影
響され、任意の形態が選択されてもよい。スプリット寸
法に影響を及ぼす要因は、費用、光学パワー予算、シス
テムビット速度、サービス要求、１顧客当りのライン数
等である。第２図の両方向性回路網に対する簡単な光学
パワー予算のモデルおよび最大システムビット速度が約
20mビット／秒であるとした仮定に基づいた第１の考察
から128の２進スプリット寸法が示唆される。これは、
個々の顧客にそれぞれ144ビット／秒のISDN（または等
価なビット速度）を供給するために利用できる容量を持
つ120の顧客および８つの試験アクセス点に対応する。

第７図を参照すると、第１図に示された回路網と共に
使用するためのビット伝送システム（BTS）の概要が示
されている。交換機４のサービスアクセスユニット34
は、例えばアナログ電話通信、１次速度ISDN（2Mビット
／秒）、64kビット／秒のデータ回路等の回路網サービ
スを行い、BTS用の標準方式のインターフェイスにそれ
を変換する。BTSは顧客８用の端末装置中の別の標準方
式のインターフェイスにこのサービスを伝送する。この
時点で顧客ベースのサービスアクセスユニット40は例え
ばアナログ電話通信等の顧客装置に必要なフォーマート
にインターフェイスを変換する。

サービスおよび任意の関連した信号等の他に、BTSは
また回路網管理メッセージを伝送する。これらの管理メ
ッセージは伝送されるサービスではなくシステムの円滑
な動作に対するものであり、以下のシステム機能を含
む。

a.システムの交換機の端部において各チャンネルが正し
く時間を測定されているようにするためのレンジプロト
コール b.故障診断のために顧客装置レーザを遠隔的にオフに切
替えるため能力 c.光学出力パワーを制御するための顧客レーザに対する
駆動電流の遠隔設定 d.端末／顧客識別、有効性およびチャンネル割当ての実
行 e.故障診断データおよびシステム質問メッセージの提供
レンジ機能は上流方向に各顧客のデータを同期し、異な
るライン長および回路網にわたる伝播遅延の変動を補償
する手段を提供する。BTSは周期的にレンジを実行し、
最小の調節を行い、それによって自動的に時間ドリフト
を訂正する。

第15図乃至第19図は、128の顧客にISDNサービスを伝
送することができるBTSをさらに詳細に示す。

データ通信の2304ビットおよび128単一ビット管理チ
ャンネル、並びにこの例では使用されず、それ故予備で
あるファイバ識別（ID）用の12ビットを含む基体フレー
ム（BF）（第15図）が示されている。

データ通信の2304ビットはそれぞれ30チャンネルTDM
ハイウェイからの8kビット／秒の基本チャンネルに応答
する。顧客サービスは、これら8kビット／秒チャンネル
の整数を各顧客に割当てることによって提供される。基
本速度ISDNサービスに関して、各顧客は18のこのような
8kビット／秒チャンネルすなわちBF内の18ビットを割当
てられる。したがって、2304ビットは各18ビットに対し
て128ISDNサービスチャンネルを表す。

BFは、１サンプル期間内に生じるこれら全チャンネル
からのデータを全て含む。したがって、BFは2304の8kビ
ット／秒チャンネルからのデータの値するフレーム（2M
ビット／秒ハイウェイに）を効果的に含んでいる。BF
は、顧客端部へのヘッド端部（放送）およびヘッド端部
への顧客端部（復帰）の両送信に対して同一である。

第16図は、80個のBFおよび２個のBFに等しい同期フレ
ーム（SF）52を含む部分50からなる多フレームを示す。
多フレームは10msの期間を有し、200408ビットを含む。
したがって、BTSによる送信は20.0408Mビット／秒の速
度で生じる。

放送SF52（ヘッド端部からの）は、復帰SF（顧客端部
からの）に異なる機能を提供する。

第17図はヘッド端部からのSF52をさらに詳細に示す。
ヘッド端部からのSFの最後の140ビット（52A）は、ヘッ
ド端部から顧客端部への多フレーム同期パターンであ
り、例えば顧客端部によって識別され、したがって顧客
端部を付勢して多フレームからそれに向けられたデータ
を位置させて受信させる140のゼロビットを含むためシ
ステム動作に重要である。第１の4748ビット（52B）
は、放送および復帰フレーム構造が同一のフォーマット
であることを保証する。これらの4748ビットはまたファ
イバ識別および放送システム全体の保守のために使用さ
れることができ、また一般にシステム“管理”データと
呼ぶことができる。

第18図は、顧客端部からのSF（54）を示す。このSFは
主にレンジのために使用される。もっともそれはまた回
路網中の任意の点においてファイバに接続された活動的
な顧客端部を識別するために使用されてもよい。復帰SF
は相１レンジおよび相２レンジに対してセグメントに54
Aおよび54Bに分割される。

相１レンジは第１の4288ビット（54A）を使用する。
これは１つの顧客端部がこのときレンジされる200usを
少し越すブランク時間を提供する。これを行うために、
ヘッド端部における管理制御装置は相１期間のスタード
時に本発明の第２のパルスからなる単一のパルスを送信
するように新しく設けられた顧客端部に指示する。制御
装置は、このパルスがヘッド端部に到達する前にいくつ
のビット遅延があるかを識別する。数度の試みの後、そ
れは正しいビット遅延係数を決定し、この訂正を使用し
て相２レンジに進むように顧客端部に指示する。

相２レンジおよびファイバ識別用の660ビットは第19
図に詳細に示されている。

各128顧客端部は、SFの最後の640ビット（54C）内に
それ自身の５ビット幅の相２レンジサブスロットを有す
る。これらは、パルスがヘッド端部クロックと整列され
たヘッド端部に到達するように顧客端部の伝送位相を調
節するためにヘッド端部制御装置によって使用される。
これはヘッド端部におけるクロック再生を不要にする。
さらに、復帰通路送信は顧客端部送信器の簡単なオン／
オフパルス化であることができ、これは顧客端部レーザ
の寿命要求を軽減する。結果的に、それはまたクロック
再生情報は送信される必要がないので復帰通路の実効性
を高める。

最初の相２レンジが完了されると、顧客端部は“オン
ライン”に進むように指示される。それは復帰通路管理
チャンネルを、したがって本発明の第２のパルスのリタ
イムをなすそのDP同期パルスを付勢する。回路網中で活
動的な全顧客端部は同時に19個のゼロビットによって後
続されるこのDP同期パルスを（部分54Dを含んで）送信
する。

それは、復帰通路ID検出用のハイパワーマーカーパル
スを供給する。ヘッド端部におけるID検出器はこのハイ
パワーパルスの送信を監視し、それから送信があるかど
うか、例えばサブスロット３がその中にパルスを有する
場合、顧客端部３はこの時点でファイバ中で活動的であ
ることを観察するために後続的な５ビット幅のサブスロ
ットを監視する。

理想的には、ヘッド端部がそれらの各ビット遅延係数
に関して顧客端部を指示すると、全てのID同期パルスは
同時にヘッド端部で受信されたSF中に発生する。しかし
ながら、ある理由のために顧客端部がドリフトに受けた
（装置または送信媒体によることがある）場合に、受信
されたマーカーパルスに対する影響は非常に小さく、ID
同期パルス検出回路が付加されたID同期パルスに応答し
てトリガーする瞬間の変化は無視することができる。し
たがって、ヘッド端部は継続的に別の顧客端部が正しく
機能しているとみなすが、ビット遅延係数に対して新し
い値を計算し、誤った顧客端部にそれを送り、それによ
ってそのID同期パルスが別のID同期パルスと同期され
る。

サプスロットに関連したハイパワーIDパルスはまた特
定のヘッド端部が本発明の同一出願人による特許第8706
929号明細書に記載されている光学結合装置のような光
学検出器を回路網中のいずれかの点で使用して送信して
いるかどうかを検出するために使用されてもよい。この
ような装置は、除去される外部被覆を有するファイバ上
にそれをクリップすることによって使用されてもよい。
これは、技術者が特定のファイバを切断しようとする場
合に正しくそのファイバを識別することを保証する必要
がある分野の作業に有効である。

換言すると、装置で復帰SFを監視することによって技
術者は、ファイバ中で活動している顧客端部の“装置
数”を決定することができるが、技術者はどの回路網が
ファイバと関連しているかを発見するために放送方向を
監視する必要がある。

第17図を参照すると、MF同期パターン用の140ビット
はまたファイバ回路網中の破損を検出するために使用さ
れてもよい。光学時間ドメインリフレクトメトリィの原
理を使用すると、ファイバに沿って送信された信号は破
損で反射されることが知られている。これらの反射の振
幅および周波数は、ファイバ中の破損の位置を決定する
ために使用されてもよい。スクランブル後のMF同期パタ
ーン（以降に説明されるような）は一定の間隔で送信さ
れるため、ヘッド端部における自動コリレータ（第21
図）はパターンを認識するために使用される。パターン
の送信とその反射の受信との間の時間は、ファイバ中の
破損の位置に関する情報を提供する。

第20図乃至第25図を参照すると、ヘッド端部および顧
客端部がさらに詳細に示されている。このような通信シ
ステムの重要な要求は、顧客端部がヘッド端部と同調す
ることである。

第20図、第21図および第22図はヘッド端部を示す。シ
ステムにおけるビット速度に対応する20.0408MHzのマス
タークロック60は、標準方式の32チャンネルTDMハイウ
ェイに対応するヘッド端部回路エンジン62から入来した
2.048MHz（この明細書では2MHzに短縮されている）クロ
ックに位相ロックされる。BF（第22図）およびMF同期信
号も発生され、回路エンジンからの8kHzフレーム信号に
ロックされる。2.048MHzビットクロック64（ヘッド端部
タイミング発生器66中の）は、システムに要求されるも
のにビット速度を変換するために回路エンジンが同じフ
レーム速度でチャンネルごとに付加的なビットを基本フ
レーム中に挿入することができるように発生される。

顧客端部がヘッド端部と“同期”してるように、ヘッ
ド端部からのデータは顧客端部でクロックパルスを再生
するために使用される。“ゼロ”ビットと“1"ビットと
の間の変化はこのために使用される。しかしながら、ヘ
ッド端部からのデータはクロック再生のための変化をあ
まり持たない。したがって、変化の大きいデータ流を生
成するために疑似ランダム２進シーケンス（PRBS）を使
用してヘッド端部からのデータをスクランブルする必要
がある。ヘッド端部回路エンジンからのデータは、2⁹−
１スクランブルシーケンスを使用することによって第21
図に示されているようなスクランブル68によってスクラ
ンブルされる。

同期フレーム（第17図）はまた異なるPRBSを使用して
（スクランブル装置68におけるシフトレジスタの異なる
タップを使用することによって）スクランブルされ、ス
クランブルされたデータに挿入される。同期フレームの
最後の140ビット（第17図）であるMF同期パターンは顧
客端部を同期するために使用される。スクランブルの
前、これらの140ビットは140のゼロビットである。一度
スクランブルされると、それらは前に示されてように漏
洩を検出するためにOTDRに対して使用される容易に識別
可能なパターンを形成する。

顧客端部が正しく140ビットMF同期パターンを識別す
ることは重要である。同期フレームの最初の4748ビット
内に140ゼロビットのストリングが自然に生じた場合、
顧客端部はMF同期パターンの誤った識別を行う。したが
って、これらの4748ビットはスクランブされた後既知の
エラーを導入するために微妙に混乱させられる。これ
は、スクランブラ内のインバータ回路によって16番目の
ビットを反転することによって行われ、顧客端部がMF同
期パターンを誤って識別しないことを保証する。データ
はまた安全のために暗号化される。

ヘッド端部で受信されたデータは復帰され、回路エン
ジンに与えられる。

第22図は、８つまでの回路網アダプタ（NA）カードを
BTSにインターフェイスするタスクを有するヘッド端部
回路エンジンを示す。各NAは2Mビット／秒のデータ流
（または等しいもの）からの全ての通信を処理する。８
つ全べてのNAカードからの出力は整列されたフレームで
あり、その全ての2MHzクロックが同期している。

2.048MHzおよび8kHzを参照すると、フレームクロック
NAはBTS20.0408MHzマスタークロックを位相ロックする
ために入力から抽出される。BTSは、回路エンジンへの
およびそれからのデータ送信を同期するために各NAに共
通の2.304MHzビットクロックを与える。

データはFifoバッファに蓄積され、送信レジスタを介
してBTSに送信される。ここで、再少量のデータだけがF
ifoバッファに蓄積されることを保証するために制御が
行われる。これは、変動遅延の正確な制御を保持するこ
とが重要である。

受信側において、BTSにわたって受信されたデータは
出力ポートを介してNAカードに復帰される前に再びFifo
バッファに蓄積される。再度Fifo内容制御が行われる。

第23図、第24図および第25図を参照すると、顧客端部
がさらに詳細に示されている。

20.0408MHzクロック70は、入来したスクランブルデー
タ流へ位相クロックされる。これは全ての受信器回路を
クロックする。BFおよびMF同期パターンを含むヘッド端
部からの同期フレームは、（自主同期デスクランブラの
形態で）デスクランブラ72によってデスクランブルさ
れ、受信器を同期するために抽出される。

放送データ流は、スクランブラ68の反転したものであ
るデスクランブラ74によってデスクランブルされ、それ
が安全のために暗号化され、解読された場合、結果的に
受信されたデータ流は回路エンジンに供給される。

送信フレームタイミングは特有の数のクロックサイク
ルによってオフセットされ、送信クロック位相は送信位
相およびフレーム発生器76中に設定される。使用される
値は管理抽出ユニット78によって与えられる。これは、
ヘッド端部でデータビットを送信された顧客端部の到達
の時間および位相が正確に調節されることを可能にす
る。

局部2.048MHzクロック80は、20.0404MHzクロック70に
位相ロックされ、これと8kHzフレームクロック82はまた
回路エンジンに供給される。

第25図は顧客端部回路エンジンを示す。

データの特定の単一ビットは管理ブロックからスター
トチャンネル帯域ビット速度情報を変換するデータスナ
ッチャ84によって受信されたデータ流からスナッチされ
る。スナッチされたデータは、顧客端部回路網アダプタ
（CNA）に出力されるまで出力Fifoバッファに蓄積され
る。

Fifo内容の制御は、Fifo内容が最小に保持されること
を保証するフレーム制御ブロックによって行われる。ま
たこれはBTSの変動遅延を最小にすることが必要であ
る。

データは、BTSによって与えられる標準方式の2.048MH
zおよび8kHzクロック対からCNAによって得られたクロッ
クを使用して実際にCNAにおよびそれからクロックされ
る。

BTSのヘッド端部への送信用のデータは類似した通路
を通り、別の顧客端部からの通信とインターリーブされ
たディスクリートビットとして送信される。（このよう
な方法は顧客端部送信器における安価なレーザダイオー
ドの使用を可能にする。） 安全性をもたらす１つの簡単な方法は物理的に信号へ
のアクセスを阻止することである。これは、例えば取外
し可能なコネクタを設けないことによって光学レベルで
行われ、ビットは“外界”から時間スロットへの認証さ
れていないアクセスを許さない密封されたユニットへの
永久的な接続を行うだけである。第８図は、光ファイバ
およびカップラと共にBTS、光学送信および光学受信回
路網を含む可能な送信モジュール選択を示す。モジュー
ルのライン側での“半永久”的な光学接続はかなりの安
全性をもたらし、一方自動化された時間スロットデータ
はライン回路装置への電気接続の際に利用できる。この
ために、構成データは時間スロットアクセスを遠隔的に
プログラムするために管理局から安全に下流負荷される
ことが必要になる。別の選択は、暗号アルゴリズムを内
蔵し、利用者の有効性に対して個人識別番号（PIN）を
使用することを含む。

第９図の構造は本発明の技術的実現的を示すために使
用された。この構造に示された特徴は、 （ａ）256ウェイスプリットを表すのに十分な段を備え
たパワーデバイダ。このスプリッタは1300nmおよび1550
nmウインドウにおける動作を許すように平坦化された波
長である； （ｂ）両方向性動作； （ｃ）同期TDMA光学回路網、各遠隔端末は交換機でマス
タークロックにロックされ、復帰用の時間スロットを位
置される； （ｄ）低いデューティサイクル信号。遠隔レーザは位置
された時間スロット中に送信されることだけが必要であ
る。（以下に示されたPMUX指示システムに対して、テュ
ーティサイクルは１チャンネル当り1/64である。この特
徴はレーザ信頼性を高め、温度制御回路網を取除
く。）； （ｅ）自動レンジ。同期回路網には、遠隔端末へ時間ス
ロットを移動するためにレンジプロトコールの使用が必
要である。このプロトコールはチャンネルの往復トリッ
プ遅延および利用度を考慮しなければならない。

これらの特徴の最初の４つは、基本システムビルディ
ングブロックのような市販の基本マルチプレクサ（PMU
X）を使用する。PMUXは30PCMチャンネルおよびフレーム
整列、並びに2.048Mビット／秒で信号ビットを送信す
る。標準方式の回路網は電話通信インターフェイスを必
要とする音声A/DおよびD/A変換器を含む。

両指示に対して、２および8Mビット／秒の各送信速度
光学送信器および受信器が使用された。第１の指示は第
10図に示された構造を使用するPMUXシステムのものであ
った。ローカル交換機を表すラック取付けされたPUMXお
よび個々の顧客を表す複数のPUMXの２つのタイプのPUMX
が使用された。電話通信は、DCパワーおよび２乃至４の
ワイヤ変換を提供するインターフェイスボックスを介し
てPUMXに接続された。

下流方向において、ローカル交換機からのアナログ電
話通信の30個のPCMチャンネルはHDB3フォーマットで2M
ビット／秒デジタル出力に多重化された（高密度双極３
重コード）。これは、直接IRW半導体レーザに変調する
（平均パワーフィードバック制御回路網により）ために
使用された。その後、信号は交換機の端部において送信
および受信通路を分離するために溶融された先細のカッ
プラを通過された。全てのカップラ上の全ての予備脚部
は反射の危険性を減少するように屈折率を一致させられ
る。

信号はキャビネットへのリンクをシュミレートするた
めに6kmの単一モードのファイバを通過した。それは波
長平坦溶融された双円錐計形のテーパから構成されたス
プリッタを介して個々の顧客に分配され、これは256ウ
ェイスプリット比を表す損失を有した。このスプリッタ
からの出力の４つは顧客の端部で受信および通信通路を
分離するために別のカップラに接続された。

例示された−52dBmの最小の感度を持つ市販のPINFET
トランスインピーダンス受信器は、顧客のPMUXに直接挿
入するように設計されたカード上に取付けられた。各PM
UXは30チャンネル全てを受信することができるが、１つ
のチャンネルだけが物理的に各顧客に接続された。次の
均一化の後、このチャンネルはデマルチプレクスされて
顧客の電話機に接続された。

上流方向では、交換機PMUXによって受信されることが
できる2Mビット／秒のフレームを形成する個々の顧客の
バイト（ワードインターリーブ）をインターリーブする
必要があるため異なる送信フォーマットが使用された。
したがって、顧客のPMUXからの通常の2Mビット／秒のデ
ジタル出力は使用できないため、NRZ2進信号は破損平面
から直接的に除去された。PMUXに直接挿入された送信カ
ードはこれを行うように設計された。これは前のような
レーザを含んでいるが、冷却せずに低いデューティサイ
クルモードで動作し、0.5ビット間隔だけ顧客のチャン
ネルを移動するアドレス可能なデジタル遅延ラインは別
の顧客のチャンネルとインターリーブされたとき、それ
を付勢して正しく2Mビット／秒のPCMフレームに適合さ
せる。パワーカード、音声カード、mux/制御カード、送
信カードおよび受信カードの合計５つのカードが８つま
での顧客に対してPMUXを具備するために必要である。

直列バイトフォーマット中の顧客のレーザからの出力
は再度顧客のカップラを通過され、スプリッタに戻され
てファイバを通って交換機カップラを介して交換機受信
器に送られる。NRZ2進数は、PMUXへの入力のためにシス
テムＸデジタルラインインターフェイスカードを使用し
てHDB3フォーマットに変換される。この信号は前のよう
に音声インターフェイス電話通信に変換された。自動レ
ンジはこの指示では実行されなかった。

第２の指示は多点無線指示である。この支持は、希望
者の点の多点無線システム（PMR）に対する適合に基づ
いており、拡張ファイバ技術で構成された受動単一モー
ドのファイバ回路網に対して動作する。回路網は二重送
信および分布用のフレキシビリティ点における光学スプ
リッタを内蔵している。

これらの実験に関して、それらの無線システムの中央
ステーション装置における無線送信シェルフはレーザ送
信器および光学受信器によって置換された。同様に、加
入者装置は光・電子インターフェイスを付加することに
よって修正された。

第10図は実験的な回路網を示す。２つのラインシステ
ムＸ交換機が使用された。１つのラインはN11として知
られている電話機を使用する“銅の加入者”であった
（回路網端末タイプ１）。別のラインは、ファイバ回路
網を介して交換機を通って“回路網顧客”に接続されて
いた。デジタルスピーチは、銅と回路網加入者との間で
呼出しを行うことによって両方向に同時に送信された。

最初に、前に設けられた管システムは、標準方式のPC
Pキャビネットを介して指示位置に対してリンクを設け
るように拡大された。波長平坦２×２スプリッタは、完
全な二重送信能力を提供する回路網の各端部において端
末ボックス中に設けられた。４×４の平坦アレイは、街
路フレキシビリティ点をモデル化するためにキャビネッ
ト中に設けられた。２×２の付加的なスプリッタは分布
点（DP）をシュミレートするために設けられる。

拡張ファイバ設備は全て標準方式の装置である。BICC
スプライストレイは、端末ボックスにカップラおよびス
プライスを収容するように使用された。屈折率の一致
は、反射からの混信を減少するために回路網中の全ての
終端されていないファイバ端部で行われた。

全ての光学設備は、２乃至３週間の期間にわたって設
けられた。リンク長は1.5kmであった。

PMRはヘッド端部から加入者への下流通信に対してTDM
放送システムを利用する。データ流はPRBSでパックされ
た任意の使用されていないフレームにより連続する。通
常のAC結合レーザ送信器および光学受信器が使用され
た。レーザは1300nmでファイバ中に−8.5dBmを発射し
た。2Mビット／秒の光学変復調装置は、受信器段を設け
るように修正された。受信器の感度は−30dBmで測定さ
れた。

上流方向において、送信はTDMAによって行われ、各ア
ウトステーションは割当てられた時間スロット中のデー
タのパケットを送る。この場合、DC結合光学送信器およ
び受信器が使用された。各顧客送信器は、分割されたフ
ァイバ上のインターチャンネル干渉を防止するために送
られたデータがないとき完全にオフに切替えられる。こ
れはレーザをバイアスし、論理“1"に対してそれを完全
にオンに切替え、論理“ゼロ”に対して再び完全にオフ
に切替えることによって行われる。これは、送信器が上
記のオン切替えにバイアスされ、その点に関して変調さ
れる通常の点から点ファイバシステムと異なっている。
光学受信器はまたバーストモデル信号があるときに動作
するように設計される。DC結合受信器は、パケット間の
静期間中受信されるデータのないときにベースラインド
リフトを防止するために必要である。使用される受信器
は、入力容量を減少するようにブートストラップフィー
ドバックにより高い入力インピーダンスFET op−ampに
動作する長い波長のInGaAs PINフォトダイオードに基
づいていた。

レンジ機能は、パケットがヘッド端部における時間重
複を防止するために正しい瞬間に送信されることを保証
するために加入者端末において必要とされる。

回路網全体に対して好ましい実施例は、１つの顧客光
学端末当り１乃至15の交換機ラインインターフェイス、
および交換機とキャビネットの間が1.6km、キャビネッ
トとDPと各顧客との間が500mの距離で２レベルの光学ス
プリット階級（公称的にキャビネットおよびDP位置で）
であるDPに15個の交換機ラインを有していることであ
る。

銅ワイヤが回路網から幾人かの顧客に対して形成され
た場合、単一レベルの光学スプリット階級が好ましく、
公称的にキャビネットに位置される。

1.6kmのキャビネット距離に対する通常の交換機が仮
定されるが、システムは少なくとも10kmのかなり大きい
レンジが可能である。これは所定の回路網においてロー
カル交換機の数を割当てるベースを提供する。このよう
な回路網の効果的な多重化構造（光学スプリットの組合
せおよび多数のラインに対する顧客の光学接続費用から
生成される）は、長期の結合に関連して高められた回路
網費用は制限内に維持されることを意味するべきであ
る。これは、十分に使用される交換機割当てに認められ
る任意の大きい費用節約を可能にする。

本発明によって提供される受動回路網構造は、広帯域
多サービス回路網に進化する機会を提供するものであ
る。広帯域サービス能力への進化を考慮すると、２つの
重要な原理ができるだけ伴っている必要がある。それら
は、（ａ）多サービス広帯域回路網に良好に進化させる
ために最初の回路網に対して要求される任意の付加的特
徴の費用を最小にし、（ｂ）既に接続された基本的電話
通信顧客を妨げずに既存のシステムに広帯域サービスを
付加することを可能にする必要性である。

広帯域回路網に対する重要な考慮は予備フィールド設
備および新しいサービスを付加するために必要とされる
設置作業の量である。ここでの目的は、できるだけ設け
られたシステムベースを利用することによってこのよう
な費用を最小にすることである。

ケーブルテレビジョンのような高いビット率のサービ
スを伝送するシステムの拡張には、ビット速度が外部セ
ットで将来の広帯域サービスを提供するのに十分なほど
大きくないならば、波長分割多重化（WDM）技術を使用
する必要がある。後者は最初の基本サービスの費用を許
容できないほど大きくし、広帯域サービスの導入は少な
くとも１つの波長の付加に寄らなければならず、既存の
狭帯域顧客が低いビット速度モードで継続的に妨害され
ないようにする。広帯域サービスは低速データおよびス
ピーチサービスよりも高いビット速度を必要とするた
め、光学受信器の感度は著しく減少される。これは、使
用される光学スプリット比が広帯域サービスに利用でき
る光学パワー予算に対して大き過ぎることを意味する。
したがって、異なるアクセス点が供給ファイバに対して
利用可能であり、ヘッド端部から光学スプリッタアレイ
へ広帯域サービスを伝送することが必要である。

２段のスプリットによる両方向性光学平衡回路網は交
換器から第１のスプリット点間で付加的なファイバを設
け、このスプリッタ内に異なるレベルでそれを接続する
ことによって向上したサービスを有することができる。
両方向性回路網はこの点で最大の減衰を受けるが、出願
人の発明の受動的な光学回路網の概念において別の構造
が可能であり、これらのいくつかは最初の電話通信構成
または広帯域サービスの進化のいずれかにおいて利点を
有する。例えば、電話通信はそれぞれ低い送信損失の利
益を得て反射問題を回避するために“進行”および“復
帰”チャンネルを伝送する２つの全方向性回路網である
か、或はそれは第４図に関連した上記のような単一段の
スプリットを有することができる。

光学電話通信技術の進化および向上した回路網によっ
て伝送されるサービスパッケージは、明らかに密接に結
合されている。例えば、向上した広帯域に利用できる波
長数は決定的に光学電話通信技術に依存している。また
顧客送信への交換機に使用されるテクノロジィは交換機
端部におけるリソース分割のために顧客より先に送信を
交換することが経済的に十分に可能である。光学的な波
長多重化に利用できるテクノロジィは、以下のような多
数の変更を含む３つのカテゴリィの考えに大きく分ける
ことができる。（可能な光学テクノロジィの進化および
サービスパッケージの詳細は第11図に示されている）。

a.波長選択のために固定された波長フィルタと共に使用
されるファブリー・ペロ（Ｆ−Ｐ）レーザ。

b.調整可能な光学フィルタ18および波長選択に対して可
能な初期ヘテロダイン光学受信器による単一の縦方向モ
ードレーザ（例えばDFB）。

c.チャンネル選択に対する光学フィルタ（調節可能）と
電気（ヘテロダイン）技術との組合せによりコヒーレン
トな光源。

固定された波長フィルタおよび中心波長の生産耐性、
並びにＦ−Ｐレーザ源のライン幅はテクノロジィカテゴ
リィ（ａ）がファイバの両ウインドウに対して利用可能
な波長数を６乃至12個に限定することを意味する。レー
ザ源の温度制御が極めて高価である顧客の方向交換にお
いて、利用可能な波長数は両ウインドウに対して２乃至
４個に制限される。

テクノロジィ（ｂ）に関して、潜在的な波長数は長期
間にわたる顧客方向の変換において１乃至200個が可能
なほど著しく多い。しかしながら、スプリットの寸法ま
たは安全性を実際に考慮すると光学テクノロジィの前に
波長多重化の寸法を制限する。上流方向において、波長
ドリフト訂正の手段を使用せずに10乃至50個のチャンネ
ルが利用できる。

シナリオ（ｃ）のコヒーレントなテクノロジィが生じ
る場合、数百の波長が原理的に可能であり、ファイバ中
の非直線現象により制限が与えられる。多数の波長チャ
ンネルおよび潜在的に大きい利用可能な光学パワー予算
により、このテクノロジィは光学回路網に対する動作位
相幾何学構造をもっと再検討させる。

３つのテクノロジィシナリオはまた相対的な時間スケ
ールの利用率を示す。シナリオ（ａ）は効果的に“現在
の”テクノロジィになり、（ｂ）は２乃至５年の時間ス
ケールで可能であり、（ｃ）は市販できる価格で10年以
内で利用できる。しかしながら、進歩した光学テクノロ
ジィに関するいずれの時間スケール予測はかなり注意し
て行われなければならず、初期の光学開発のペースを仮
定すると、悲観的なことが分かる。

波長の多重化が回路網に広帯域サービスを導く方法で
あり、最適なテクロノジィへの研究が依然として要求さ
れると仮定すると、２段のスプリットを備えた両方向生
平衡回路網がどのように進化するかがいくつかの例によ
り第12図乃至第14図を参照して以下に記載されている。

第12図は、電話通信／データサービスを提供するため
に単一波長を使用する最初の回路網をしめす。顧客の装
置における狭い通路の光学フィルタは狭帯域サービス用
の最初の波長の通路だけを与え、したがって後段で付加
された広帯域サービス（およびそれへの認証されていな
いアクセス）からチャンネルを遮断し阻止する。広帯域
サービスへの別の重要な供給は、1300および1500の両ウ
インドウにおいて広い光学帯域幅にわたって動作する多
段キャビネットスプリッタの外部セットにおける設置で
ある。これは交換機とキャビネット間における広帯域サ
ービス供給ファイバによる部分的バイパスを促す（以下
参照）。これらの予備ファイバはケーブル内または後日
別個に設けられてもよい。

第13図は、付加的な波長が電話通信サービスを損なわ
ずに例えばTV（CATV）のような新しいサービスを回路網
に付加するためにどのように使用されることができるか
を示す。予備波長は付加的な供給ファイバを介してキャ
ビネットに伝送され、キャビネットスプリッタへの空間
入力で回路網中に供給される。付加的波長は一般に電話
通信およびISDNチャンネルよりも高いビット速度を伝送
する。高い送信ビット速度により発生された減少した受
信器の感度を調整するために、ファイバは交換機／ヘッ
ド端部と顧客の装置との間の光学通路損失を減少するよ
うにキャビネットスプリッタの部分をバイパスすること
ができる。付加的な広帯域サービスを受信する顧客は広
帯域および狭帯域波長を分離するために簡単な波長デマ
ルチプレクサを与えられる。

交換機とキャビネットとの間の共通のファイバ上に多
重化された各付加的な波長は約565Mビット／秒でCATVデ
ジタル多重化を伝送することができる。これは、回路網
のそのセクタに対して１波長当り16×70Mビット／秒ま
たは８×140Mビット／秒チャンネルを放送させる。この
ビット速度における光学スプリットは、電話通信光学ス
プリット用の約128に比べて32ウェイに制限されること
ができる。しかしながら、１つだけまたは２つの予備光
学波長の付加は基本的な光学回路網で16乃至32チャンネ
ルを伝送するCATVサービスを提供することができる。こ
れは非常に少ない付加的な光学素子すなわち交換機にお
ける広帯域光学送信器および波長マルチプレクサ、並び
に各顧客端末における波長デマルチプレクサおよび広帯
域受信器を必要とする。

このようにして設けられた付加的な波長はCATVサービ
スの動作に対する重要な選択を生じさせる。

顧客は端末装置に内蔵された調節可能な光学フィルタ
を介して放送波長のいずれかにアクセスすることができ
る。これは選択された波長で伝送された８または16チャ
ンネルの電気的な多重化されたものから選択された複数
のチャンネルを同時に受信させる。１つ以上の光学波長
の同時受信は、選択された各付加的な波長に対して付加
的な光学フィルタおよび光学受信器を必要とする。しか
しながら、いくつかの同時チャンネル（供給ファイバで
送信された合計数以下）を各顧客に提供する100％のサ
ービス浸透はこのようにして実現することができる。

その代りとして、WDMおよびTDMの組合せで利用できる
CATVチャンネル数は各CATVの顧客に１つ以上の専用のビ
デオチャンネルを割当てるのに十分である。この場合、
回路網は交換機において中央に位置されたスイッチを具
備したスターとして動作する。このシステムは顧客の装
置において固定された波長デマルチプレクサおよび１つ
の光学受信機を使用する。これは顧客の装置を簡単にす
るが、それはサービス浸透と顧客によって同時に受信さ
れるチャンネルの数との間の妥協を意味する。例えば、
WDMおよびTDMとの組合せにより32チャンネルが各供給フ
ァイバで送信され、32ウェイの光学スプリットが達成で
きるならば、１顧客当り１つのチャンネルが100％の浸
透ベースで割当てられることができる。しかしながら、
１顧客当り４つのチャンネルが必要とされるならば、余
分の波長がさらに多くのチャンネルを伝送するために供
給されることができない場合には25％の浸透だけが利用
可能である。

DFBレーザを使用し、第14図に示されているさらに進
歩した段階は１顧客当り少なくとも１つの専用波長を割
当てさせる。例えば、32ウェイスプリットで利用できる
約12乃至32波長により、例えばCATV、HDTV等の必要な広
帯域サービスを全て伝送する１つの波長を各CATV顧客に
割当てることができる。もっと少ない数の波長は浸透を
40％に制限するが、波長数が32に近付くと100％の浸透
が達成できる。

個々の顧客に波長を専用化させるのだけではなく、こ
の段階では顧客の敷地において広帯域スイッチング段と
して同調可能な光フィルタを使用する機会もある。これ
は異なる広帯域サービスの交換機スイッチングを著しく
簡単にする（例えば、多数の供給源からの放送および専
用サービスの混合は異なる光学波長で多重化され、顧客
装置によって選択されることができる）。

記載された各技術段階に関して、可能な波長数はレー
ザ、フィルタ、およびファイバおよびカップラに使用で
きる帯域幅の許容度および安定性に大きく依存する。電
話通信およびISDNのような安価な狭帯域サービスは必然
的に顧客の端末で温度の安定化を使用せず、顧客のレー
ザの著しい波長ドリフトを示して動作する。したがっ
て、第２図乃至第７図に示されたようなスキムが使用さ
れた場合、顧客から交換機への送信方向で大きいチャン
ネル間隔がサービスに対して必要である。近接した間隔
は、交換機において温度制御されたソースと、フィルタ
中心波長の許容誤差を除去するために顧客の装置内にお
いて同調可能なフィルタを使用することによって顧客方
向への交換の際に可能である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−191993（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−128632（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】中央ステーションと、複数のアウトステー
   ションとを有し、中央ステーションはアウトステーショ
   ンへ多重化されたフレーム流信号を送信し、アウトステ
   ーションは中央ステーションに復帰フレーム流として多
   重化される信号を送信する光通信回路網の動作方法にお
   いて、 （ａ）各アウトステーションによる送信の正確な時間を
   決定するために初期レンジ処理を行い、 （ｂ）オンライン動作においてアウトステーションから
   中央ステーションに通信情報を送信し、 （ｃ）前記オンライン動作中にレンジの再調整を周期的
   に行い、この調整において、 オンライン動作中の各アウトステーションは復帰フレー
   ムのそれぞれの部分において同期検査信号を中央ステー
   ションに送信し、 中央ステーションは各アウトステーションに対してその
   アウトステーションの送信のタイミングのエラーを補正
   するための命令信号を送信することを特徴とする光通信
   回路網の動作方法。